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基于自激扫掠喷嘴的加力燃烧效率实验研究

航空学报 2024年

作者：王士奇温泉贾志刚程奕鑫李林张弛霍伟业马梁中国航空发动机集团有限公司中国航空发动机研究院北京航空航天大学航空发动机研究院北华航天工业学院航空宇航学院中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室

为了验证自激扫掠喷嘴应用于加力燃烧室的可行性，以及高频动态扫掠燃油喷射方法对于提高加力燃烧效率的有效性，本研究首先设计了耦合自激扫掠喷嘴结构的加力燃油喷杆，对其流量、频率、张角等基本工作特性进行测量，并与圆孔直射式喷... 详细信息

为了验证自激扫掠喷嘴应用于加力燃烧室的可行性，以及高频动态扫掠燃油喷射方法对于提高加力燃烧效率的有效性，本研究首先设计了耦合自激扫掠喷嘴结构的加力燃油喷杆，对其流量、频率、张角等基本工作特性进行测量，并与圆孔直射式喷杆进行对比分析。然后，基于矩形加力燃烧室性能测试平台，在相同工况条件和油气比范围内，分别采用直射喷杆和自激扫掠喷杆，测量总体燃烧效率，并监测壁面动态压力脉动信息。结果表明，在10mm直径的加力燃油喷杆内，可实现多个自激扫掠喷嘴的结构耦合；与等几何通径的直射式喷杆相比，自激扫掠喷杆的流通能力提高了23%；同一喷杆内的多个自激扫掠喷嘴，其工作频率和扫掠张角随进口压力的变化规律基本相同，具有较好的一致性。采用自激扫掠喷杆，加力燃烧效率可提高3.7%，且未监测到与自激扫掠喷嘴工作频率相同或接近的压力脉动频率，表明高频动态扫掠燃油喷射不会对火焰热声振荡模态及稳定器后方的大尺度脱落涡结构产生直接影响。

关键词：自激扫掠喷嘴高频动态扫掠喷射加力燃烧室振荡频率压力脉动流体振荡器

基于无监督学习的航空发动机铸造涡轮叶片缺陷检测方法

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航空动力学报 2024年

作者：王栋欢于艾洋肖洪西北工业大学动力与能源学院中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所

为实现航空发动机涡轮叶片射线检测自动化、智能化，有效改善传统射线检测费时费力、效率低下等问题，开展基于无监督学习的涡轮叶片X-ray图像缺陷检测方法研究。基于无监督生成对抗网络，提出一种适用于航空发动机涡轮叶片X-ray图像的... 详细信息

为实现航空发动机涡轮叶片射线检测自动化、智能化，有效改善传统射线检测费时费力、效率低下等问题，开展基于无监督学习的涡轮叶片X-ray图像缺陷检测方法研究。基于无监督生成对抗网络，提出一种适用于航空发动机涡轮叶片X-ray图像的缺陷检测算法；构建由生成网络、判别网络和附加自编码网络组成的深度卷积生成对抗网络，设计重构损失、判别损失、编码损失及中间编码损失，并利用四种损失的加权之和构造目标函数；利用完好涡轮叶片X-ray图像进行模型训练，基于训练得到的生成网络建立航空发动机涡轮叶片X-ray图像缺陷检测模型。研究了输入图像大小、编码长度和重构损失对缺陷检测模型性能的影响。结果表明，模型在输入图片像素尺寸为128×128、编码长度为600、重构损失为L2的情况下检测性能最佳，Area Under Curve（AUC）可达到0.911。该缺陷检测算法能够实现实际生产缺陷零漏检的严苛技术指标，但误检率（>62.1%）较大，作为辅助检测手段应用于实际生产可将人工检测效率提高1.6倍。

关键词：无监督学习缺陷检测射线检测涡轮叶片航空发动机生成对抗卷积自编码

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圆弧端齿齿面加工偏差对配合状态的影响

航空动力学报 2024年第5期39卷 253-261页

作者：孙帅孙惠斌付玄童浩颜诚西北工业大学机电学院航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 中国航发四川燃气涡轮研究院四川绵阳621000 中国航发南方工业有限公司湖南株洲412002

为了优化圆弧端齿装配工艺,对圆弧端齿齿面加工偏差对齿面配合状态的影响机理进行了研究。根据圆弧端齿加工原理,研究了关键成型参数对齿面偏差的影响规律,建立了圆弧端齿装配初始齿面间隙模型,研究了齿面偏差对端齿盘装配初始齿面间隙... 详细信息

为了优化圆弧端齿装配工艺,对圆弧端齿齿面加工偏差对齿面配合状态的影响机理进行了研究。根据圆弧端齿加工原理,研究了关键成型参数对齿面偏差的影响规律,建立了圆弧端齿装配初始齿面间隙模型,研究了齿面偏差对端齿盘装配初始齿面间隙的影响规律。理论研究和试验研究表明:齿面偏差是导致装配初始齿面间隙的直接原因。通过优化安装相位能使装配初始齿面间隙的均值减小18%,方差减小25%。为圆弧端齿连接结构装配精度形成原理与装配工艺优化研究提供基础,对于提高圆弧端齿连接的航空发动机转子装配品质具有重要的意义。

关键词：圆弧端齿装配工艺齿面偏差齿面间隙配合状态

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航空发动机篦齿⁃橡胶涂层机匣碰摩实验

航空学报 2024年第4期45卷 78-89页

作者：马瑞贤王鑫王开明李斌廖明夫王四季西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国航发集团商用航空发动机有限责任公司上海200241

为了探明航空发动机增压级篦齿与橡胶涂层机匣碰摩引起的转静子振动特征,设计了转静局部碰摩实验器,测量和分析了不同转速碰摩过程中的转子振动位移、机匣与支座振动加速度、机匣与弹性支承应变、机匣温度等信号的时频域变化规律。结果... 详细信息

为了探明航空发动机增压级篦齿与橡胶涂层机匣碰摩引起的转静子振动特征,设计了转静局部碰摩实验器,测量和分析了不同转速碰摩过程中的转子振动位移、机匣与支座振动加速度、机匣与弹性支承应变、机匣温度等信号的时频域变化规律。结果表明,橡胶涂层的可磨损性和可熔化性对转静碰摩振动特征影响较大,碰摩过程中转静接触状态动态变化,碰摩呈现出能量高、突变性强、短时自脱离的特点,碰摩过程测量信号经过突变后可快速恢复原状态,碰摩激起转静子耦合振动,产生转子、静子固有频率共振,同时存在机匣固有频率与转频的调制振动。

关键词：航空发动机振动特征局部碰摩橡胶涂层组合频率

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外物冲击损伤对航空发动机风扇叶片影响研究

力学季刊 2024年第1期45卷 99-109页

作者：孙乐张卓张锴郑百林史同承张刚高德水同济大学航空航天与力学学院上海200092 中国航发商用航空发动机有限责任公司设计研发中心上海201100 北京飞机维修工程有限公司成都交付中心四川成都610201

为研究外来物对航空发动机风扇叶片造成的损伤特征差异,以6 mm、10 mm、14 mm尺寸的304钢球作为冲击物,某型号退役航空发动机叶片作为靶板,通过轻气炮系统开展不同冲击位置处的外物损伤试验,并基于率相关本构模型构建了有限元模型,将基... 详细信息

为研究外来物对航空发动机风扇叶片造成的损伤特征差异,以6 mm、10 mm、14 mm尺寸的304钢球作为冲击物,某型号退役航空发动机叶片作为靶板,通过轻气炮系统开展不同冲击位置处的外物损伤试验,并基于率相关本构模型构建了有限元模型,将基于仿真模型冲击响应后的FOD (Foreign Object Damage)损伤区域与试验损伤区域进行对比,两者在尺寸以及形状等方面取得了较高的一致性.之后利用构建的模型研究了冲击位置、角度以及小球尺寸对冲击响应过程中速度变化趋势的影响.结果表明,叶片不同位置处的抗冲击能力有很大区别,且小球尺寸对损伤区域具有决定性影响;此外还发现损伤模式不同时,小球剩余速度的变化趋势也不相同.

关键词：轻气炮试验损伤模式 FOD 冲击载荷仿真

某型航空发动机涡轮导向叶片热障涂层可靠性分析

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航空学报 2024年

作者：王者王志平丁坤英张涛王远航珠海保税区摩天宇航空发动机维修有限公司中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室

针对某型民用航空发动机涡轮导向叶片热障涂层的可靠性进行了研究，建立了基于运行条件的叶片表面温度分布模型和基于温度分布的涂层失效模型，并采用Monte-Carlo模拟法计算了涡轮导向叶片热障涂层在不同服役时间和温度下的失效概率，... 详细信息

针对某型民用航空发动机涡轮导向叶片热障涂层的可靠性进行了研究，建立了基于运行条件的叶片表面温度分布模型和基于温度分布的涂层失效模型，并采用Monte-Carlo模拟法计算了涡轮导向叶片热障涂层在不同服役时间和温度下的失效概率，预测了涡轮导向叶片服役寿命并与实际服役结果进行比较。结果表明：热障涂层的最大失效概率区域位于涡轮导向叶片的前缘和叶盆区域。以60%的失效概率为完全失效界限，在热气流作用下，叶片前缘区域的热障涂层平均寿命只有3857 h，叶盆区域的平均寿命为7584 h，叶背和后缘区域的平均寿命可达到10000 h以上。模拟计算服役可靠度与涡轮导向叶片实际检测结果的吻合度随服役时间变化始终保持在60%以上，证明本文所使用的可靠性评价方法具有可信度和实用性。

关键词：航空发动机涡轮导向叶片热障涂层失效分析可靠性

某型飞机发动机异形管路焊接装置的设计与应用

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航空维修与工程 2024年第3期 73-75页

作者：张琴朱贵森黄浩潘星辰四川川航航空发动机维修工程有限责任公司

发动机异形薄壁管路的焊接修复具有较高的难度,本文设计的针对某型发动机异形薄壁管路的可分离式旋转焊接装置及其配套工装已经获得了应用,实现了异形薄壁管路焊接修复过程中的准确定位和对接,以及绕焊接管段360°旋转的一次性连续焊接... 详细信息

发动机异形薄壁管路的焊接修复具有较高的难度,本文设计的针对某型发动机异形薄壁管路的可分离式旋转焊接装置及其配套工装已经获得了应用,实现了异形薄壁管路焊接修复过程中的准确定位和对接,以及绕焊接管段360°旋转的一次性连续焊接。在没有OEM技术借鉴的情况下,自主研发的焊接装置及配套工装填补了技术能力空白。

关键词：发动机异形管路焊接装置

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基于公差约束的叶片表面振纹修复技术

工具技术 2024年第7期58卷 129-132页

作者：周鑫马明阳徐立明张东禹中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司

以某大型风扇钛合金整体叶盘叶片为载体,对其叶片在铣削加工时由刀具磨损、崩刃、振动带来的振纹问题开展基于公差约束的叶片表面振纹修复方法研究,在此基础上通过提取振纹边界,编制基于振纹位置的四重截面线检测程序、基于公差约束的... 详细信息

以某大型风扇钛合金整体叶盘叶片为载体,对其叶片在铣削加工时由刀具磨损、崩刃、振动带来的振纹问题开展基于公差约束的叶片表面振纹修复方法研究,在此基础上通过提取振纹边界,编制基于振纹位置的四重截面线检测程序、基于公差约束的在机测量截面线双向偏置、基于偏置曲线的振纹加工表面重构、振纹位置切削程序重新计算和补偿加工的方式,提出大型风扇钛合金整体叶盘叶片振纹的铣削加工修复解决方案,并进行加工验证。结果表明:在零件实际加工中,该技术在修复由崩刃导致的叶片加工振纹、避免由于加工振纹等导致叶盘报废的问题、保证零件的加工精度以及改善加工质量等方面有明显效果。

关键词：整体叶盘叶片公差约束振纹修复

Maisotsenko燃气轮机循环技术经济分析与参数优化

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哈尔滨工业大学学报 2024年第6期56卷 143-151页

作者：施其乐何纬峰苏鹏飞姚照辉高燕飞韩东南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 先进航空发动机协同创新中心北京100191 长寿命高温材料国家重点实验室(东方电气集团东方汽轮机有限公司) 四川德阳618000

Maisotsenko燃气轮机循环(MGTC)的能效需进一步提升且其经济适用性未被合理评估,为此,区别于具备后冷及回热过程的两级MGTC,充分考虑对于冷却水的重复使用和能量回收,构建另耦合有中冷过程的3级MGTC系统(IMGTC)布局。研究压比(R_c)、饱... 详细信息

Maisotsenko燃气轮机循环(MGTC)的能效需进一步提升且其经济适用性未被合理评估,为此,区别于具备后冷及回热过程的两级MGTC,充分考虑对于冷却水的重复使用和能量回收,构建另耦合有中冷过程的3级MGTC系统(IMGTC)布局。研究压比(R_c)、饱和器出口气流湿化程度(H_(ASD))以及燃烧室出口温度(T_(CO))对于热效率、饱和器载水量、当量二氧化碳排放(E_(EC))和平准化电力成本(C_(LOE))的影响。最后,基于ISIGHT平台对系统展开多目标优化并筛选出最佳参数组合。结果表明,IMGTC的中冷器及其能效增进能够调节并有效减少饱和器载水量,可实现IMGTC系统饱和器最低载水量仅为无中冷模式下饱和器载水量的57.55%。多目标优化表明,IMGTC在采用最佳参数组合时热效率达49.89%,E_(EC)和C_(LOE)分别仅为5.496 kg/s和0.059 5 USD/kWh。研究证实了IMGTC相比MGTC在热力学性能及经济性方面的显著优势。

关键词： Maisotsenko燃气轮机循环中冷热效率载水量平准化电力成本